test/recipes/70-test_sslsigalgs.t

   1 #! /usr/bin/env perl
   2 # Copyright 2016-2020 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3 #
   4 # Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
   5 # this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6 # in the file LICENSE in the source distribution or at
   7 # https://www.openssl.org/source/license.html
   8
   9 use strict;
  10 use OpenSSL::Test qw/:DEFAULT cmdstr srctop_file bldtop_dir/;
  11 use OpenSSL::Test::Utils;
  12 use TLSProxy::Proxy;
  13
  14 my $test_name = "test_sslsigalgs";
  15 setup($test_name);
  16
  17 plan skip_all => "TLSProxy isn't usable on $^O"
  18     if $^O =~ /^(VMS)$/;
  19
  20 plan skip_all => "$test_name needs the dynamic engine feature enabled"
  21     if disabled("engine") || disabled("dynamic-engine");
  22
  23 plan skip_all => "$test_name needs the sock feature enabled"
  24     if disabled("sock");
  25
  26 plan skip_all => "$test_name needs TLS1.2 or TLS1.3 enabled"
  27     if disabled("tls1_2") && disabled("tls1_3");
  28
  29 $ENV{OPENSSL_ia32cap} = '~0x200000200000000';
  30 my $proxy = TLSProxy::Proxy->new(
  31     undef,
  32     cmdstr(app(["openssl"]), display => 1),
  33     srctop_file("apps", "server.pem"),
  34     (!$ENV{HARNESS_ACTIVE} || $ENV{HARNESS_VERBOSE})
  35 );
  36
  37 use constant {
  38     NO_SIG_ALGS_EXT => 0,
  39     EMPTY_SIG_ALGS_EXT => 1,
  40     NO_KNOWN_SIG_ALGS => 2,
  41     NO_PSS_SIG_ALGS => 3,
  42     PSS_ONLY_SIG_ALGS => 4,
  43     PURE_SIGALGS => 5,
  44     COMPAT_SIGALGS => 6,
  45     SIGALGS_CERT_ALL => 7,
  46     SIGALGS_CERT_PKCS => 8,
  47     SIGALGS_CERT_INVALID => 9,
  48     UNRECOGNIZED_SIGALGS_CERT => 10,
  49     UNRECOGNIZED_SIGALG => 11
  50 };
  51
  52 #Note: Throughout this test we override the default ciphersuites where TLSv1.2
  53 #      is expected to ensure that a ServerKeyExchange message is sent that uses
  54 #      the sigalgs
  55
  56 #Test 1: Default sig algs should succeed
  57 $proxy->start() or plan skip_all => "Unable to start up Proxy for tests";
  58 plan tests => 26;
  59 ok(TLSProxy::Message->success, "Default sigalgs");
  60 my $testtype;
  61
  62 SKIP: {
  63     skip "TLSv1.3 disabled", 6 if disabled("tls1_3");
  64
  65     $proxy->filter(\&sigalgs_filter);
  66
  67     #Test 2: Sending no sig algs extension in TLSv1.3 should fail
  68     $proxy->clear();
  69     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
  70     $proxy->start();
  71     ok(TLSProxy::Message->fail, "No TLSv1.3 sigalgs");
  72
  73     #Test 3: Sending an empty sig algs extension in TLSv1.3 should fail
  74     $proxy->clear();
  75     $testtype = EMPTY_SIG_ALGS_EXT;
  76     $proxy->start();
  77     ok(TLSProxy::Message->fail, "Empty TLSv1.3 sigalgs");
  78
  79     #Test 4: Sending a list with no recognised sig algs in TLSv1.3 should fail
  80     $proxy->clear();
  81     $testtype = NO_KNOWN_SIG_ALGS;
  82     $proxy->start();
  83     ok(TLSProxy::Message->fail, "No known TLSv1.3 sigalgs");
  84
  85     #Test 5: Sending a sig algs list without pss for an RSA cert in TLSv1.3
  86     #        should fail
  87     $proxy->clear();
  88     $testtype = NO_PSS_SIG_ALGS;
  89     $proxy->start();
  90     ok(TLSProxy::Message->fail, "No PSS TLSv1.3 sigalgs");
  91
  92     #Test 6: Sending only TLSv1.3 PSS sig algs in TLSv1.3 should succeed
  93     #TODO(TLS1.3): Do we need to verify the cert to make sure its a PSS only
  94     #cert in this case?
  95     $proxy->clear();
  96     $testtype = PSS_ONLY_SIG_ALGS;
  97     $proxy->start();
  98     ok(TLSProxy::Message->success, "PSS only sigalgs in TLSv1.3");
  99
 100     #Test 7: Modify the CertificateVerify sigalg from rsa_pss_rsae_sha256 to
 101     #        rsa_pss_pss_sha256. This should fail because the public key OID
 102     #        in the certificate is rsaEncryption and not rsassaPss
 103     $proxy->filter(\&modify_cert_verify_sigalg);
 104     $proxy->clear();
 105     $proxy->start();
 106     ok(TLSProxy::Message->fail,
 107        "Mismatch between CertVerify sigalg and public key OID");
 108 }
 109
 110 SKIP: {
 111     skip "EC or TLSv1.3 disabled", 1
 112         if disabled("tls1_3") || disabled("ec");
 113     #Test 8: Sending a valid sig algs list but not including a sig type that
 114     #        matches the certificate should fail in TLSv1.3.
 115     $proxy->clear();
 116     $proxy->clientflags("-sigalgs ECDSA+SHA256");
 117     $proxy->filter(undef);
 118     $proxy->start();
 119     ok(TLSProxy::Message->fail, "No matching TLSv1.3 sigalgs");
 120 }
 121
 122 SKIP: {
 123     skip "EC, TLSv1.3 or TLSv1.2 disabled", 1
 124         if disabled("tls1_2") || disabled("tls1_3") || disabled("ec");
 125
 126     #Test 9: Sending a full list of TLSv1.3 sig algs but negotiating TLSv1.2
 127     #        should succeed
 128     $proxy->clear();
 129     $proxy->serverflags("-no_tls1_3");
 130     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 131     $proxy->filter(undef);
 132     $proxy->start();
 133     ok(TLSProxy::Message->success, "TLSv1.3 client TLSv1.2 server");
 134 }
 135
 136 SKIP: {
 137     skip "EC or TLSv1.2 disabled", 10 if disabled("tls1_2") || disabled("ec");
 138
 139     $proxy->filter(\&sigalgs_filter);
 140
 141     #Test 10: Sending no sig algs extension in TLSv1.2 will make it use
 142     #         SHA1, which is only supported at security level 0.
 143     $proxy->clear();
 144     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 145     $proxy->clientflags("-no_tls1_3 -cipher DEFAULT:\@SECLEVEL=0");
 146     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA:\@SECLEVEL=0");
 147     $proxy->start();
 148     ok(TLSProxy::Message->success, "No TLSv1.2 sigalgs seclevel 0");
 149
 150     #Test 11: Sending no sig algs extension in TLSv1.2 should fail at security
 151     #         level 1 since it will try to use SHA1. Testing client at level 0,
 152     #         server level 1.
 153     $proxy->clear();
 154     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 155     $proxy->clientflags("-tls1_2 -cipher DEFAULT:\@SECLEVEL=0");
 156     $proxy->ciphers("DEFAULT:\@SECLEVEL=1");
 157     $proxy->start();
 158     ok(TLSProxy::Message->fail, "No TLSv1.2 sigalgs server seclevel 1");
 159
 160     #Test 12: Sending no sig algs extension in TLSv1.2 should fail at security
 161     #         level 1 since it will try to use SHA1. Testing client at level 1,
 162     #         server level 0.
 163     $proxy->clear();
 164     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 165     $proxy->clientflags("-tls1_2 -cipher DEFAULT:\@SECLEVEL=1");
 166     $proxy->ciphers("DEFAULT:\@SECLEVEL=0");
 167     $proxy->start();
 168     ok(TLSProxy::Message->fail, "No TLSv1.2 sigalgs client seclevel 2");
 169
 170     #Test 13: Sending an empty sig algs extension in TLSv1.2 should fail
 171     $proxy->clear();
 172     $testtype = EMPTY_SIG_ALGS_EXT;
 173     $proxy->clientflags("-no_tls1_3");
 174     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 175     $proxy->start();
 176     ok(TLSProxy::Message->fail, "Empty TLSv1.2 sigalgs");
 177
 178     #Test 14: Sending a list with no recognised sig algs in TLSv1.2 should fail
 179     $proxy->clear();
 180     $testtype = NO_KNOWN_SIG_ALGS;
 181     $proxy->clientflags("-no_tls1_3");
 182     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 183     $proxy->start();
 184     ok(TLSProxy::Message->fail, "No known TLSv1.3 sigalgs");
 185
 186     #Test 15: Sending a sig algs list without pss for an RSA cert in TLSv1.2
 187     #         should succeed
 188     $proxy->clear();
 189     $testtype = NO_PSS_SIG_ALGS;
 190     $proxy->clientflags("-no_tls1_3");
 191     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 192     $proxy->start();
 193     ok(TLSProxy::Message->success, "No PSS TLSv1.2 sigalgs");
 194
 195     #Test 16: Sending only TLSv1.3 PSS sig algs in TLSv1.2 should succeed
 196     $proxy->clear();
 197     $testtype = PSS_ONLY_SIG_ALGS;
 198     $proxy->serverflags("-no_tls1_3");
 199     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 200     $proxy->start();
 201     ok(TLSProxy::Message->success, "PSS only sigalgs in TLSv1.2");
 202
 203     #Test 17: Responding with a sig alg we did not send in TLSv1.2 should fail
 204     #         We send rsa_pkcs1_sha256 and respond with rsa_pss_rsae_sha256
 205     #         TODO(TLS1.3): Add a similar test to the TLSv1.3 section above
 206     #         when we have an API capable of configuring the TLSv1.3 sig algs
 207     $proxy->clear();
 208     $testtype = PSS_ONLY_SIG_ALGS;
 209     $proxy->clientflags("-no_tls1_3 -sigalgs RSA+SHA256");
 210     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 211     $proxy->start();
 212     ok(TLSProxy::Message->fail, "Sigalg we did not send in TLSv1.2");
 213
 214     #Test 18: Sending a valid sig algs list but not including a sig type that
 215     #         matches the certificate should fail in TLSv1.2
 216     $proxy->clear();
 217     $proxy->clientflags("-no_tls1_3 -sigalgs ECDSA+SHA256");
 218     $proxy->ciphers("ECDHE-RSA-AES128-SHA");
 219     $proxy->filter(undef);
 220     $proxy->start();
 221     ok(TLSProxy::Message->fail, "No matching TLSv1.2 sigalgs");
 222     $proxy->filter(\&sigalgs_filter);
 223
 224     #Test 19: No sig algs extension, ECDSA cert, will use SHA1,
 225     #         TLSv1.2 should succeed at security level 0
 226     $proxy->clear();
 227     $testtype = NO_SIG_ALGS_EXT;
 228     $proxy->clientflags("-no_tls1_3 -cipher DEFAULT:\@SECLEVEL=0");
 229     $proxy->serverflags("-cert " . srctop_file("test", "certs",
 230                                                "server-ecdsa-cert.pem") .
 231                         " -key " . srctop_file("test", "certs",
 232                                                "server-ecdsa-key.pem")),
 233     $proxy->ciphers("ECDHE-ECDSA-AES128-SHA:\@SECLEVEL=0");
 234     $proxy->start();
 235     ok(TLSProxy::Message->success, "No TLSv1.2 sigalgs, ECDSA");
 236 }
 237
 238 my ($dsa_status, $sha1_status, $sha224_status);
 239 SKIP: {
 240     skip "TLSv1.3 disabled", 2 if disabled("tls1_3") || disabled("dsa");
 241     #Test 20: signature_algorithms with 1.3-only ClientHello
 242     $testtype = PURE_SIGALGS;
 243     $dsa_status = $sha1_status = $sha224_status = 0;
 244     $proxy->clear();
 245     $proxy->clientflags("-tls1_3");
 246     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_filter);
 247     $proxy->start();
 248     ok($dsa_status && $sha1_status && $sha224_status,
 249        "DSA and SHA1 sigalgs not sent for 1.3-only ClientHello");
 250
 251     #Test 21: signature_algorithms with backwards compatible ClientHello
 252     SKIP: {
 253         skip "TLSv1.2 disabled", 1 if disabled("tls1_2");
 254         $testtype = COMPAT_SIGALGS;
 255         $dsa_status = $sha1_status = $sha224_status = 0;
 256         $proxy->clear();
 257         $proxy->clientflags("-cipher AES128-SHA\@SECLEVEL=0");
 258         $proxy->filter(\&modify_sigalgs_filter);
 259         $proxy->start();
 260         ok($dsa_status && $sha1_status && $sha224_status,
 261            "backwards compatible sigalg sent for compat ClientHello");
 262    }
 263 }
 264
 265 SKIP: {
 266     skip "TLSv1.3 disabled", 3 if disabled("tls1_3");
 267     #Test 22: Insert signature_algorithms_cert that match normal sigalgs
 268     $testtype = SIGALGS_CERT_ALL;
 269     $proxy->clear();
 270     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_cert_filter);
 271     $proxy->start();
 272     ok(TLSProxy::Message->success, "sigalgs_cert in TLSv1.3");
 273
 274     #Test 23: Insert signature_algorithms_cert that forces PKCS#1 cert
 275     $testtype = SIGALGS_CERT_PKCS;
 276     $proxy->clear();
 277     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_cert_filter);
 278     $proxy->start();
 279     ok(TLSProxy::Message->success, "sigalgs_cert in TLSv1.3 with PKCS#1 cert");
 280
 281     #Test 24: Insert signature_algorithms_cert that fails
 282     $testtype = SIGALGS_CERT_INVALID;
 283     $proxy->clear();
 284     $proxy->filter(\&modify_sigalgs_cert_filter);
 285     $proxy->start();
 286     ok(TLSProxy::Message->fail, "No matching certificate for sigalgs_cert");
 287 }
 288
 289 SKIP: {
 290     skip "TLS 1.3 disabled", 2 if disabled("tls1_3");
 291     #Test 25: Send an unrecognized signature_algorithms_cert
 292     #        We should be able to skip over the unrecognized value and use a
 293     #        valid one that appears later in the list.
 294     $proxy->clear();
 295     $proxy->filter(\&inject_unrecognized_sigalg);
 296     $proxy->clientflags("-tls1_3");
 297     # Use -xcert to get SSL_check_chain() to run in the cert_cb.  This is
 298     # needed to trigger (e.g.) CVE-2020-1967
 299     $proxy->serverflags("" .
 300             " -xcert " . srctop_file("test", "certs", "servercert.pem") .
 301             " -xkey " . srctop_file("test", "certs", "serverkey.pem") .
 302             " -xchain " . srctop_file("test", "certs", "rootcert.pem"));
 303     $testtype = UNRECOGNIZED_SIGALGS_CERT;
 304     $proxy->start();
 305     ok(TLSProxy::Message->success(), "Unrecognized sigalg_cert in ClientHello");
 306
 307     #Test 26: Send an unrecognized signature_algorithms
 308     #        We should be able to skip over the unrecognized value and use a
 309     #        valid one that appears later in the list.
 310     $proxy->clear();
 311     $proxy->filter(\&inject_unrecognized_sigalg);
 312     $proxy->clientflags("-tls1_3");
 313     $proxy->serverflags("" .
 314             " -xcert " . srctop_file("test", "certs", "servercert.pem") .
 315             " -xkey " . srctop_file("test", "certs", "serverkey.pem") .
 316             " -xchain " . srctop_file("test", "certs", "rootcert.pem"));
 317     $testtype = UNRECOGNIZED_SIGALG;
 318     $proxy->start();
 319     ok(TLSProxy::Message->success(), "Unrecognized sigalg in ClientHello");
 320 }
 321
 322
 323
 324 sub sigalgs_filter
 325 {
 326     my $proxy = shift;
 327
 328     # We're only interested in the initial ClientHello
 329     if ($proxy->flight != 0) {
 330         return;
 331     }
 332
 333     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 334         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CLIENT_HELLO) {
 335             if ($testtype == NO_SIG_ALGS_EXT) {
 336                 $message->delete_extension(TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS);
 337             } else {
 338                 my $sigalg;
 339                 if ($testtype == EMPTY_SIG_ALGS_EXT) {
 340                     $sigalg = pack "C2", 0x00, 0x00;
 341                 } elsif ($testtype == NO_KNOWN_SIG_ALGS) {
 342                     $sigalg = pack "C4", 0x00, 0x02, 0xff, 0xff;
 343                 } elsif ($testtype == NO_PSS_SIG_ALGS) {
 344                     #No PSS sig algs - just send rsa_pkcs1_sha256
 345                     $sigalg = pack "C4", 0x00, 0x02, 0x04, 0x01;
 346                 } else {
 347                     #PSS sig algs only - just send rsa_pss_rsae_sha256
 348                     $sigalg = pack "C4", 0x00, 0x02, 0x08, 0x04;
 349                 }
 350                 $message->set_extension(TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS, $sigalg);
 351             }
 352
 353             $message->repack();
 354         }
 355     }
 356 }
 357
 358 sub modify_sigalgs_filter
 359 {
 360     my $proxy = shift;
 361
 362     # We're only interested in the initial ClientHello
 363     return if ($proxy->flight != 0);
 364
 365     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 366         my $ext;
 367         my @algs;
 368
 369         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CLIENT_HELLO) {
 370             if ($testtype == PURE_SIGALGS) {
 371                 my $ok = 1;
 372                 $ext = $message->extension_data->{TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS};
 373                 @algs = unpack('S>*', $ext);
 374                 # unpack will unpack the length as well
 375                 shift @algs;
 376                 foreach (@algs) {
 377                     if ($_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA256
 378                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA384
 379                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA512
 380                         || $_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_DSA_SHA224
 381                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_RSA_PKCS1_SHA1
 382                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA1
 383                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_ECDSA_SHA1) {
 384                         $ok = 0;
 385                     }
 386                 }
 387                 $sha1_status = $dsa_status = $sha224_status = 1 if ($ok);
 388             } elsif ($testtype == COMPAT_SIGALGS) {
 389                 $ext = $message->extension_data->{TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS};
 390                 @algs = unpack('S>*', $ext);
 391                 # unpack will unpack the length as well
 392                 shift @algs;
 393                 foreach (@algs) {
 394                     if ($_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA256
 395                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA384
 396                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA512) {
 397                         $dsa_status = 1;
 398                     }
 399                     if ($_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_RSA_PKCS1_SHA1
 400                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_DSA_SHA1
 401                         || $_ == TLSProxy::Message::SIG_ALG_ECDSA_SHA1) {
 402                         $sha1_status = 1;
 403                     }
 404                     if ($_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_RSA_PKCS1_SHA224
 405                         || $_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_DSA_SHA224
 406                         || $_ == TLSProxy::Message::OSSL_SIG_ALG_ECDSA_SHA224) {
 407                         $sha224_status = 1;
 408                     }
 409                 }
 410             }
 411         }
 412     }
 413 }
 414
 415 sub modify_sigalgs_cert_filter
 416 {
 417     my $proxy = shift;
 418
 419     # We're only interested in the initial ClientHello
 420     if ($proxy->flight != 0) {
 421         return;
 422     }
 423
 424     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 425         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CLIENT_HELLO) {
 426             my $sigs;
 427             # two byte length at front of sigs, then two-byte sigschemes
 428             if ($testtype == SIGALGS_CERT_ALL) {
 429                 $sigs = pack "C26", 0x00, 0x18,
 430                              # rsa_pkcs_sha{256,512}  rsa_pss_rsae_sha{256,512}
 431                              0x04, 0x01,  0x06, 0x01,  0x08, 0x04,  0x08, 0x06,
 432                              # ed25518    ed448        rsa_pss_pss_sha{256,512}
 433                              0x08, 0x07,  0x08, 0x08,  0x08, 0x09,  0x08, 0x0b,
 434                              # ecdsa_secp{256,512}     rsa+sha1     ecdsa+sha1
 435                              0x04, 0x03,  0x06, 0x03,  0x02, 0x01,  0x02, 0x03;
 436             } elsif ($testtype == SIGALGS_CERT_PKCS) {
 437                 $sigs = pack "C10", 0x00, 0x08,
 438                              # rsa_pkcs_sha{256,384,512,1}
 439                              0x04, 0x01,  0x05, 0x01,  0x06, 0x01,  0x02, 0x01;
 440             } elsif ($testtype == SIGALGS_CERT_INVALID) {
 441                 $sigs = pack "C4", 0x00, 0x02,
 442                              # unregistered codepoint
 443                              0xb2, 0x6f;
 444             }
 445             $message->set_extension(TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS_CERT, $sigs);
 446             $message->repack();
 447         }
 448     }
 449 }
 450
 451 sub modify_cert_verify_sigalg
 452 {
 453     my $proxy = shift;
 454
 455     # We're only interested in the CertificateVerify
 456     if ($proxy->flight != 1) {
 457         return;
 458     }
 459
 460     foreach my $message (@{$proxy->message_list}) {
 461         if ($message->mt == TLSProxy::Message::MT_CERTIFICATE_VERIFY) {
 462             $message->sigalg(TLSProxy::Message::SIG_ALG_RSA_PSS_PSS_SHA256);
 463             $message->repack();
 464         }
 465     }
 466 }
 467
 468 sub inject_unrecognized_sigalg
 469 {
 470     my $proxy = shift;
 471     my $type;
 472
 473     # We're only interested in the initial ClientHello
 474     if ($proxy->flight != 0) {
 475         return;
 476     }
 477     if ($testtype == UNRECOGNIZED_SIGALGS_CERT) {
 478         $type = TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS_CERT;
 479     } elsif ($testtype == UNRECOGNIZED_SIGALG) {
 480         $type = TLSProxy::Message::EXT_SIG_ALGS;
 481     } else {
 482         return;
 483     }
 484
 485     my $ext = pack "C8",
 486         0x00, 0x06, #Extension length
 487         0xfe, 0x18, #private use
 488         0x04, 0x01, #rsa_pkcs1_sha256
 489         0x08, 0x04; #rsa_pss_rsae_sha256;
 490     my $message = ${$proxy->message_list}[0];
 491     $message->set_extension($type, $ext);
 492     $message->repack;
 493 }